JPH05322339A - 複合型パルス管式冷凍機 - Google Patents
複合型パルス管式冷凍機Info
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- JPH05322339A JPH05322339A JP12884392A JP12884392A JPH05322339A JP H05322339 A JPH05322339 A JP H05322339A JP 12884392 A JP12884392 A JP 12884392A JP 12884392 A JP12884392 A JP 12884392A JP H05322339 A JPH05322339 A JP H05322339A
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
- F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1408—Pulse-tube cycles with pulse tube having U-turn or L-turn type geometrical arrangements
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- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1425—Pulse tubes with basic schematic including several pulse tubes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1426—Pulse tubes with basic schematic including at the pulse tube warm end a so called warm end expander
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、パルス管式冷凍機の冷凍出力温度
の低温化を目的とする。 【構成】 第２冷凍発生系の第２放熱器を第１冷凍発生
系の第１コールドヘッドにより冷却し、第２冷凍発生系
への作動流体の供給にあたっては、第１冷凍発生系の第
１蓄冷器により予冷するようにした。
の低温化を目的とする。 【構成】 第２冷凍発生系の第２放熱器を第１冷凍発生
系の第１コールドヘッドにより冷却し、第２冷凍発生系
への作動流体の供給にあたっては、第１冷凍発生系の第
１蓄冷器により予冷するようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複合型パルス管式冷凍
機に関し、超電導の磁石やセンサ、固体の冷凍、各種気
体の液化等に利用できる。
機に関し、超電導の磁石やセンサ、固体の冷凍、各種気
体の液化等に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】本発明に係わる従来技術を図１に基づい
て説明すると、圧縮空間１００内の作動流体（所要冷凍
・液化温度や出力規模等によりヘリウム，水素，その他
の気体や混合気体、以後これらを総称して単に流体と
し、十数気圧から数十気圧で封入されている）は、ほぼ
常温度の圧縮シリンダ１０１、図示しないピストン駆動
機構（ガイドピストンをもつクランクシャフト、揺動
板、回転斜板、リニアモータ等）にコンロッド１１３を
介して連結し往復動する圧縮ピストン１０２と流体の膨
張空間１０３を構成するほぼ常温にある膨張シリンダ１
０４内のピストン駆動機構にコンロッド１１４を介して
接続された膨張ピストン１０５、流体の圧縮熱を大気や
他の流体に放出する放熱器１０６、無数の金属メッシ
ュ、金属や稀土類の小球体を蓄冷材として詰められた蓄
冷器１０７、コールドヘッド１０８、ガスピストンの役
目を果たすパルス管１０９、配管１１０，１１１、ピス
トンリング１１２によって構成されている。
て説明すると、圧縮空間１００内の作動流体（所要冷凍
・液化温度や出力規模等によりヘリウム，水素，その他
の気体や混合気体、以後これらを総称して単に流体と
し、十数気圧から数十気圧で封入されている）は、ほぼ
常温度の圧縮シリンダ１０１、図示しないピストン駆動
機構（ガイドピストンをもつクランクシャフト、揺動
板、回転斜板、リニアモータ等）にコンロッド１１３を
介して連結し往復動する圧縮ピストン１０２と流体の膨
張空間１０３を構成するほぼ常温にある膨張シリンダ１
０４内のピストン駆動機構にコンロッド１１４を介して
接続された膨張ピストン１０５、流体の圧縮熱を大気や
他の流体に放出する放熱器１０６、無数の金属メッシ
ュ、金属や稀土類の小球体を蓄冷材として詰められた蓄
冷器１０７、コールドヘッド１０８、ガスピストンの役
目を果たすパルス管１０９、配管１１０，１１１、ピス
トンリング１１２によって構成されている。
【０００３】なお、配管１１１には、膨張ピストン１０
５の膨張仕事量が大きい場合や、コールドヘッド１０８
の温度が高い場合には、図示しないが配管１１０と同様
に、他の流体で熱回収する放熱器が膨張空間１０３とパ
ルス管１０９との間に接続される。また、圧縮ピストン
１０２と膨張ピストン１０５が上死点にあるときは、位
相角（クランク角）は０である。
５の膨張仕事量が大きい場合や、コールドヘッド１０８
の温度が高い場合には、図示しないが配管１１０と同様
に、他の流体で熱回収する放熱器が膨張空間１０３とパ
ルス管１０９との間に接続される。また、圧縮ピストン
１０２と膨張ピストン１０５が上死点にあるときは、位
相角（クランク角）は０である。
【０００４】通常は、コールドヘッド１０８の所要温度
や圧縮空間１００の最大の掃気容積Ｖｃと膨張空間１０
３の最大の掃気容積Ｖｅとの容積比Ｖｃ／Ｖｅ＝Ω、配
管１１０，１１１の長さと配管１１０，１１１内の容
積、蓄冷器１０７の死容積、コールドヘッド１０８の内
容積や長さ、などによって異なるが、膨張ピストン１０
５は圧縮ピストン１０２より０度（同位相）から６０度
ほど進んだ位相角で往復駆動され容積を可変する。コー
ルドヘッド１０８での所要温度が例えば２００Ｋ領域で
は６０度に近づく。また、容積比Ｖｃ／Ｖｅ＝Ωは、コ
ールドヘッド１０８の所要温度が高くなるにしたがって
小さくなるが、８０Ｋの場合の実験での最適値は７ぐら
いで、位相角は１５度から３５度の範囲である。
や圧縮空間１００の最大の掃気容積Ｖｃと膨張空間１０
３の最大の掃気容積Ｖｅとの容積比Ｖｃ／Ｖｅ＝Ω、配
管１１０，１１１の長さと配管１１０，１１１内の容
積、蓄冷器１０７の死容積、コールドヘッド１０８の内
容積や長さ、などによって異なるが、膨張ピストン１０
５は圧縮ピストン１０２より０度（同位相）から６０度
ほど進んだ位相角で往復駆動され容積を可変する。コー
ルドヘッド１０８での所要温度が例えば２００Ｋ領域で
は６０度に近づく。また、容積比Ｖｃ／Ｖｅ＝Ωは、コ
ールドヘッド１０８の所要温度が高くなるにしたがって
小さくなるが、８０Ｋの場合の実験での最適値は７ぐら
いで、位相角は１５度から３５度の範囲である。
【０００５】実験では、Ｖｃ＝４２０ｃｃ、回転数＝３
４０ｒｐｍ、蓄冷器＝ステンレス１５０メッシュ８００
枚＋鉛球０．０３ｃｍΦ ２００ｇ、死容積４０ｃｃ、
パルス管２ｃｍΦ ２５ｃｍ長さで説明する。
４０ｒｐｍ、蓄冷器＝ステンレス１５０メッシュ８００
枚＋鉛球０．０３ｃｍΦ ２００ｇ、死容積４０ｃｃ、
パルス管２ｃｍΦ ２５ｃｍ長さで説明する。
【０００６】圧縮空間１００内の平均圧力２０気圧のヘ
リウムの流体は、ピストン駆動機構でコンロッド１１３
を介して圧縮ピストン１０２が上死点に向かうとほぼ３
０気圧に圧縮され、配管１１０より放熱器１０６に入り
大気に放熱してほぼ常温となる。次に、蓄冷器１０７の
蓄冷材によって冷やされ、コールドヘッド１０８よりパ
ルス管１０９で膨張ピストン１０５が下死点に３０度進
んでいるため断熱膨張（実際にはポリトロピック過程）
し、配管１１１より膨張空間１０３に入り、膨張ピスト
ン１０５を押しコンロッド１１４を介して仕事をして約
１５気圧になる。
リウムの流体は、ピストン駆動機構でコンロッド１１３
を介して圧縮ピストン１０２が上死点に向かうとほぼ３
０気圧に圧縮され、配管１１０より放熱器１０６に入り
大気に放熱してほぼ常温となる。次に、蓄冷器１０７の
蓄冷材によって冷やされ、コールドヘッド１０８よりパ
ルス管１０９で膨張ピストン１０５が下死点に３０度進
んでいるため断熱膨張（実際にはポリトロピック過程）
し、配管１１１より膨張空間１０３に入り、膨張ピスト
ン１０５を押しコンロッド１１４を介して仕事をして約
１５気圧になる。
【０００７】この過程では、パルス管１０９内の流体は
ほぼ常温にある膨張ピストン１０５の常温から低温度ま
での温度勾配をもつガスピストンの役目を果たしてお
り、このガスピストンの常温側からみて最先端となるコ
ールドヘッド１０８内の流体温度が最低となって冷凍発
生になる。
ほぼ常温にある膨張ピストン１０５の常温から低温度ま
での温度勾配をもつガスピストンの役目を果たしてお
り、このガスピストンの常温側からみて最先端となるコ
ールドヘッド１０８内の流体温度が最低となって冷凍発
生になる。
【０００８】更に、膨張空間１０３の流体は、配管１１
１、パルス管１０９、コールドヘッド１０８、蓄冷器１
０７で温められ、配管１１０より圧縮空間１００に戻っ
て１サイクルが終わる。これが連続的に行われる。この
とき、コールドヘッド１０８は最低温度が約２６Ｋとな
り、８０Ｋでの冷凍出力は６０Ｗで、性能指数＝消費動
力／冷凍出力＝２５となった。この値は、冷凍サイクル
の中でも最高効率が得られるスターリング冷凍機に近
い。
１、パルス管１０９、コールドヘッド１０８、蓄冷器１
０７で温められ、配管１１０より圧縮空間１００に戻っ
て１サイクルが終わる。これが連続的に行われる。この
とき、コールドヘッド１０８は最低温度が約２６Ｋとな
り、８０Ｋでの冷凍出力は６０Ｗで、性能指数＝消費動
力／冷凍出力＝２５となった。この値は、冷凍サイクル
の中でも最高効率が得られるスターリング冷凍機に近
い。
【０００９】また、Ωを条件（回転数、所要冷凍・液化
温度、死容積等）によるが、１．５〜６にすると、２０
０Ｋから２７０Ｋ領域での食品の冷凍、真空乾燥、空調
等における高効率の冷凍機にすることができる。
温度、死容積等）によるが、１．５〜６にすると、２０
０Ｋから２７０Ｋ領域での食品の冷凍、真空乾燥、空調
等における高効率の冷凍機にすることができる。
【００１０】図１に示す構成がスターリングサイクルの
構成と大きく異なる最大の特徴は、スターリングサイク
ルのような比較的長い形状で往復運動し、製作費も高
く、低温度になるディスプレーサや膨張ピストンやその
駆動機構を必要としないことである。当然、薄肉で低熱
伝導材料で製作されていた長い形状の膨張シリンダの必
要もなくなる。
構成と大きく異なる最大の特徴は、スターリングサイク
ルのような比較的長い形状で往復運動し、製作費も高
く、低温度になるディスプレーサや膨張ピストンやその
駆動機構を必要としないことである。当然、薄肉で低熱
伝導材料で製作されていた長い形状の膨張シリンダの必
要もなくなる。
【００１１】従って、図１に示す構成では、コールドヘ
ッド１０８での機械振動が極度に低くなり、例えば、コ
ールドヘッド１０８の被冷却体をエレクトロニックセン
サとすると、今まで数十ミクロンもあった機械振動によ
り発生していたノイズが無くなり、計測分野にも応用で
きるようになったことである。機械振動は流体の出入り
で鉛直方向で４ミクロン以下である。
ッド１０８での機械振動が極度に低くなり、例えば、コ
ールドヘッド１０８の被冷却体をエレクトロニックセン
サとすると、今まで数十ミクロンもあった機械振動によ
り発生していたノイズが無くなり、計測分野にも応用で
きるようになったことである。機械振動は流体の出入り
で鉛直方向で４ミクロン以下である。
【００１２】また、通常エポキシ系樹脂を含浸させたＦ
ＲＰやベークライト材料で作られた比較的長い形状のデ
ィスプレーサや膨張ピストンの使用は、機械振動発生の
みならず、材料自体やシリンダとの接触や摩擦振動によ
って不純ガスや塵芥を発生させて作動流体や蓄冷器を汚
しその性能劣化を起こしたり、また、塵芥が配管やシリ
ンダとピストンとの間、更には、ピストンリングに詰ま
って冷凍機が停止するといった低信頼性の原因にもなっ
ていた。
ＲＰやベークライト材料で作られた比較的長い形状のデ
ィスプレーサや膨張ピストンの使用は、機械振動発生の
みならず、材料自体やシリンダとの接触や摩擦振動によ
って不純ガスや塵芥を発生させて作動流体や蓄冷器を汚
しその性能劣化を起こしたり、また、塵芥が配管やシリ
ンダとピストンとの間、更には、ピストンリングに詰ま
って冷凍機が停止するといった低信頼性の原因にもなっ
ていた。
【００１３】図１に示す構成によって、このディスプレ
ーサや膨張ピストンを必要とせず、単純構造のため、高
信頼度で低価格のマシンを提供できるようになったこと
は明らかである。
ーサや膨張ピストンを必要とせず、単純構造のため、高
信頼度で低価格のマシンを提供できるようになったこと
は明らかである。
【００１４】熱力学的なサイクルの過程は、流体のパル
ス管１０９内の挙動の解析が不十分ではあるが、スター
リングサイクルの場合のディスプレーサや膨張ピストン
の役目をガスピストンとして行っていると考えられる。
ス管１０９内の挙動の解析が不十分ではあるが、スター
リングサイクルの場合のディスプレーサや膨張ピストン
の役目をガスピストンとして行っていると考えられる。
【００１５】実験では、圧縮空間１００と膨張空間１０
３でのＰＶ測定において流体の圧力波形が正弦波に近
く、２つの等容積過程と２つの等温度過程からなるスタ
ーリングサイクルに近いが、実際にはそれぞれの４過程
では非効率を伴うポリトロピックサイクルであった。
３でのＰＶ測定において流体の圧力波形が正弦波に近
く、２つの等容積過程と２つの等温度過程からなるスタ
ーリングサイクルに近いが、実際にはそれぞれの４過程
では非効率を伴うポリトロピックサイクルであった。
【００１６】図２のＴＳ線図において冷凍機の動作のと
きの流体は、Ａ−Ｂが放熱しながら等温度Ｔｒで圧縮さ
れる等温過程、Ｂ−Ｃが蓄冷器１０７で冷却されながら
容積一定で低温度になる等容過程、Ｃ−Ｄが温度Ｔｍの
一定で吸熱しながら膨張する等温過程であり、この過程
で冷凍が得られ、Ｄ−Ｅで蓄冷器１０７を冷やしながら
容積一定で温度上昇する等容過程である。これは、スタ
ーリングサイクルの理想的なサイクル過程であるが、本
基本型の実際の過程では、非効率を伴って一点鎖線のＡ
−ｂ−ｃ−ｄ−Ａのようにポリトロピック過程になる。
きの流体は、Ａ−Ｂが放熱しながら等温度Ｔｒで圧縮さ
れる等温過程、Ｂ−Ｃが蓄冷器１０７で冷却されながら
容積一定で低温度になる等容過程、Ｃ−Ｄが温度Ｔｍの
一定で吸熱しながら膨張する等温過程であり、この過程
で冷凍が得られ、Ｄ−Ｅで蓄冷器１０７を冷やしながら
容積一定で温度上昇する等容過程である。これは、スタ
ーリングサイクルの理想的なサイクル過程であるが、本
基本型の実際の過程では、非効率を伴って一点鎖線のＡ
−ｂ−ｃ−ｄ−Ａのようにポリトロピック過程になる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな構成においてコールドヘッドで得られる冷凍温度は
十分なものではなく、更なる低温冷凍温度が要求されて
いた。
うな構成においてコールドヘッドで得られる冷凍温度は
十分なものではなく、更なる低温冷凍温度が要求されて
いた。
【００１８】そこで、本発明では、パルス管式冷凍機の
冷凍出力温度の低温化を、その技術的課題とする。
冷凍出力温度の低温化を、その技術的課題とする。
【００１９】
【００２０】
【課題を解決するための手段】前述した本発明の技術的
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、圧
縮空間，放熱器，蓄冷器，コールドヘッド，パルス管お
よび膨張空間からなるパルス管式冷凍機において、作動
流体の比較的大きな第１圧縮空間と比較的小さな第１膨
張空間との間に、第１放熱器，第１蓄冷器，第１コール
ドヘッドおよび第１パルス管を連結して第１冷凍発生系
とし、前記第１コールドヘッドにて発生した冷凍を、第
２圧縮空間，第２放熱器，第２蓄冷器，第２コールドヘ
ッド，第２パルス管，第２膨張空間からなる第２冷凍発
生系の第２圧縮空間で発生した圧縮熱の除去に用いて第
２のコールドヘッドの発生冷凍温度を第１コールドヘッ
ドの発生冷凍温度よりも低くなるようにしたことであ
る。
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、圧
縮空間，放熱器，蓄冷器，コールドヘッド，パルス管お
よび膨張空間からなるパルス管式冷凍機において、作動
流体の比較的大きな第１圧縮空間と比較的小さな第１膨
張空間との間に、第１放熱器，第１蓄冷器，第１コール
ドヘッドおよび第１パルス管を連結して第１冷凍発生系
とし、前記第１コールドヘッドにて発生した冷凍を、第
２圧縮空間，第２放熱器，第２蓄冷器，第２コールドヘ
ッド，第２パルス管，第２膨張空間からなる第２冷凍発
生系の第２圧縮空間で発生した圧縮熱の除去に用いて第
２のコールドヘッドの発生冷凍温度を第１コールドヘッ
ドの発生冷凍温度よりも低くなるようにしたことであ
る。
【００２１】
【作用】上述した本発明の技術的手段によれば、第２冷
凍発生系の作動流体が吸熱した熱が第１冷凍発生系によ
って除去される。
凍発生系の作動流体が吸熱した熱が第１冷凍発生系によ
って除去される。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の技術的手段を具体化した実施
例について添付図面に基づいて説明する。
例について添付図面に基づいて説明する。
【００２３】図１の第１実施例において、図示しないピ
ストン往復動機構に連結したコンロッド１６，１７を介
して往復動する圧縮ピストン１９と膨張ピストン２７に
より圧縮シリンダ１３内の第１圧縮空間２０と膨張シリ
ンダ２６内の第１膨張空間２８との間に大気に放熱や水
冷される第１放熱器２１，第１蓄冷器２２，第１コール
ドヘッド２３，第１パルス管２４および配管２５を接続
して第１冷凍発生系３００が構成される。第１圧力制御
弁２９は、配管３０，流体を高純度にするフィルタと精
製器３１および配管３２を介して図示しないバッファタ
ンクやクランクケース内に接続され、高純度の作動流体
の供給と出力を流体圧で制御する機能をもつ。
ストン往復動機構に連結したコンロッド１６，１７を介
して往復動する圧縮ピストン１９と膨張ピストン２７に
より圧縮シリンダ１３内の第１圧縮空間２０と膨張シリ
ンダ２６内の第１膨張空間２８との間に大気に放熱や水
冷される第１放熱器２１，第１蓄冷器２２，第１コール
ドヘッド２３，第１パルス管２４および配管２５を接続
して第１冷凍発生系３００が構成される。第１圧力制御
弁２９は、配管３０，流体を高純度にするフィルタと精
製器３１および配管３２を介して図示しないバッファタ
ンクやクランクケース内に接続され、高純度の作動流体
の供給と出力を流体圧で制御する機能をもつ。
【００２４】第１冷凍発生系３０１は、第１冷凍発生系
３００と同様のピストン往復動機構に連結されるコンロ
ッド３３，３４により往復動される比較的長い圧縮ピス
トン３５とシリンダ３６により形成される圧縮空間３７
と比較的長い膨張ピストン３８と膨張シリンダ３９によ
り形成される膨張空間４０との間に配管４１，第１コー
ルドヘッド２３で冷却される低温放熱器（第２放熱器）
４３，配管４４，第２蓄冷器４５，第２コールドヘッド
４６，第２パルス管および配管４８を介して接続され
る。
３００と同様のピストン往復動機構に連結されるコンロ
ッド３３，３４により往復動される比較的長い圧縮ピス
トン３５とシリンダ３６により形成される圧縮空間３７
と比較的長い膨張ピストン３８と膨張シリンダ３９によ
り形成される膨張空間４０との間に配管４１，第１コー
ルドヘッド２３で冷却される低温放熱器（第２放熱器）
４３，配管４４，第２蓄冷器４５，第２コールドヘッド
４６，第２パルス管および配管４８を介して接続され
る。
【００２５】本実施例では、第２冷凍発生系３０１で放
熱しなければならない熱量を低温放熱器４３を第１コー
ルドヘッド２３で冷却して第２のコールドヘッド４６の
温度をより低温度にしている。
熱しなければならない熱量を低温放熱器４３を第１コー
ルドヘッド２３で冷却して第２のコールドヘッド４６の
温度をより低温度にしている。
【００２６】本実施例では、第１コールドヘッド２３の
温度を８０Ｋにし、第２蓄冷器４５の蓄冷材に鉛の小球
や磁気比熱の大きい稀土類，セラミック球を用いれば、
第２コールドヘッド４６で１０Ｋ以下４Ｋを精製するこ
とは容易であり、地区歴４５の蓄冷材量を増やせば４Ｋ
以下の精製も可能である。
温度を８０Ｋにし、第２蓄冷器４５の蓄冷材に鉛の小球
や磁気比熱の大きい稀土類，セラミック球を用いれば、
第２コールドヘッド４６で１０Ｋ以下４Ｋを精製するこ
とは容易であり、地区歴４５の蓄冷材量を増やせば４Ｋ
以下の精製も可能である。
【００２７】また、図示しない第３冷凍発生系を付加さ
せれば、より低温度の生成が効率よく可能になることは
もちろんである。また、第１，第２冷凍発生系３００，
３０１の回転数、即ち圧縮ピストンおよび膨張ピストン
の周波数を変えて運転することもあり、このときには第
２冷凍発生系の方が遅い。
せれば、より低温度の生成が効率よく可能になることは
もちろんである。また、第１，第２冷凍発生系３００，
３０１の回転数、即ち圧縮ピストンおよび膨張ピストン
の周波数を変えて運転することもあり、このときには第
２冷凍発生系の方が遅い。
【００２８】尚、第２冷凍発生系での出力制御は、高純
度の流体を第１蓄冷器２に接触する熱交換器４９で冷却
されて低温制御弁４２で供給して行われる。また、比較
的長い形状のピストンおよびシリンダは常温からの熱進
入を少なくするためであり、熱伝導度の小さい材料、例
えばセラミックスやステンレスで作られている。
度の流体を第１蓄冷器２に接触する熱交換器４９で冷却
されて低温制御弁４２で供給して行われる。また、比較
的長い形状のピストンおよびシリンダは常温からの熱進
入を少なくするためであり、熱伝導度の小さい材料、例
えばセラミックスやステンレスで作られている。
【００２９】５０は、真空断熱容器中の輻射遮蔽板であ
り、常温からの熱侵入をこの位置で除去するため第１コ
ールドヘッド２３で冷やされ、第２冷凍発生系３０１へ
の熱侵入を防いで総合効率を高めることを目的としてい
る。５１はピストンリングである。
り、常温からの熱侵入をこの位置で除去するため第１コ
ールドヘッド２３で冷やされ、第２冷凍発生系３０１へ
の熱侵入を防いで総合効率を高めることを目的としてい
る。５１はピストンリングである。
【００３０】図４のＴＳ線図で説明すれば、第２冷凍発
生系３０１の流体の圧縮過程Ｅ−Ｆで発熱し、放熱しな
ければならない熱量を第１冷凍発生系３００の等温膨張
過程Ｃ−Ｄで得られる冷凍量で冷却して回収している。
そして、本実施例によれば温度Ｔｍを下げることと、こ
の温度で得た熱を逐次回収して常温Ｔｒで放出するヒー
ポンピングをしていることになる。なお、第２の冷凍発
生系の過程は、それぞれポリトロピック過程となってＥ
−ｆ−ｇ−ｈ−Ｅとなる。
生系３０１の流体の圧縮過程Ｅ−Ｆで発熱し、放熱しな
ければならない熱量を第１冷凍発生系３００の等温膨張
過程Ｃ−Ｄで得られる冷凍量で冷却して回収している。
そして、本実施例によれば温度Ｔｍを下げることと、こ
の温度で得た熱を逐次回収して常温Ｔｒで放出するヒー
ポンピングをしていることになる。なお、第２の冷凍発
生系の過程は、それぞれポリトロピック過程となってＥ
−ｆ−ｇ−ｈ−Ｅとなる。
【００３１】図２は第２実施例を示し、コンロッド５
２，５３に連結し、凸型のシリンダ５５，５７内の凸型
の圧縮ピストンと凸型の膨張ピストンの往復動により形
成される常温の第１圧縮空間５６と常温の第１膨張空間
５９の間に第１段冷凍発生系４００の常温の第１放熱器
６０，第１蓄冷器６１，第１コールドヘッド６２，第１
パルス管６３および配管６４が、低温の圧縮空間６５と
低温の膨張空間６６の間に、第２段冷凍発生系４００の
配管６７，低温放熱器（第２放熱器）６８，第２蓄冷器
６９，第１コールドヘッド７０，第２パルス管７１およ
び配管７２が接続されている。
２，５３に連結し、凸型のシリンダ５５，５７内の凸型
の圧縮ピストンと凸型の膨張ピストンの往復動により形
成される常温の第１圧縮空間５６と常温の第１膨張空間
５９の間に第１段冷凍発生系４００の常温の第１放熱器
６０，第１蓄冷器６１，第１コールドヘッド６２，第１
パルス管６３および配管６４が、低温の圧縮空間６５と
低温の膨張空間６６の間に、第２段冷凍発生系４００の
配管６７，低温放熱器（第２放熱器）６８，第２蓄冷器
６９，第１コールドヘッド７０，第２パルス管７１およ
び配管７２が接続されている。
【００３２】凸型膨張ピストン５８を凸型圧縮ピストン
５４から１０度から３５度の範囲で位相を進めて往復動
させれば、図１の構成と同様にコールドヘッド７０で１
０Ｋ以下の温度が生成できる。尚、圧力制御弁を図示し
ないが図１と同様に付加している。
５４から１０度から３５度の範囲で位相を進めて往復動
させれば、図１の構成と同様にコールドヘッド７０で１
０Ｋ以下の温度が生成できる。尚、圧力制御弁を図示し
ないが図１と同様に付加している。
【００３３】本実施例では、最低２本の凸型ピストン，
シリンダで図１の４本のピストン，シリンダによる構成
と同様な目的を満足させる。
シリンダで図１の４本のピストン，シリンダによる構成
と同様な目的を満足させる。
【００３４】また、本実施例では、凸型圧縮ピストン５
４と凸型膨張ピストン５８の２本によって構成されてい
るが、複数本に増やしたり、一部を図１の単純円筒構造
の膨張や圧縮ピストンのいずれかにして運転することも
可能である。７３は真空断熱容器中の輻射遮蔽板であ
り、７４，７５はピストンリングである。
４と凸型膨張ピストン５８の２本によって構成されてい
るが、複数本に増やしたり、一部を図１の単純円筒構造
の膨張や圧縮ピストンのいずれかにして運転することも
可能である。７３は真空断熱容器中の輻射遮蔽板であ
り、７４，７５はピストンリングである。
【００３５】
【発明の効果】上述したように、第２冷凍発生系が排出
する熱を第１冷凍発生系にて除去しているので、第２冷
凍発生系のコールドヘッドには第１冷凍発生系のコール
ドヘッドよりも低温の冷凍が発生する。
する熱を第１冷凍発生系にて除去しているので、第２冷
凍発生系のコールドヘッドには第１冷凍発生系のコール
ドヘッドよりも低温の冷凍が発生する。
【図１】本発明第１実施例の複合型パルス管式冷凍機の
構成図を示す。
構成図を示す。
【図２】本発明第２実施例の複合型パルス管式冷凍機の
構成図を示す。
構成図を示す。
【図３】従来技術のパルス管式サイクルの構成図を示
す。
す。
【図４】図３におけるＴＳ線図を示す。
２０ 第１圧縮空間、 ２１ 第１放熱器、 ２２ 第１蓄冷器、 ２３ 第１コールドヘッド、 ２４ 第１パルス管、 ２８ 第１膨張空間、 ３７ 第２圧縮空間、 ４０ 第２膨張空間、 ４３ 第２放熱器、 ４５ 第２蓄冷器、 ４６ 第２コールドヘッド、 ４７ 第２パルス管、 ３００ 第１冷凍発生系、 ３０１ 第２冷凍発生系、
Claims (4)
- 【請求項１】 圧縮空間，放熱器，蓄冷器，コールドヘ
ッド，パルス管および膨張空間からなるパルス管式冷凍
機において、 作動流体の比較的大きな第１圧縮空間と比較的小さな第
１膨張空間との間に、第１放熱器，第１蓄冷器，第１コ
ールドヘッドおよび第１パルス管を連結して第１冷凍発
生系とし、 前記第１コールドヘッドにて発生した冷凍を、第２圧縮
空間，第２放熱器，第２蓄冷器，第２コールドヘッド，
第２パルス管，第２膨張空間からなる第２冷凍発生系の
第２圧縮空間で発生した圧縮熱の除去に用いて第２のコ
ールドヘッドの発生冷凍温度を第１コールドヘッドの発
生冷凍温度よりも低くなるようにしたことを特徴とする
複合型パルス管式冷凍機。 - 【請求項２】 請求項１記載の複合型パルス管式冷凍機
において、第１圧縮空間と第１放熱器との間、および第
２圧縮空間と第２放熱器との間にそれぞれ作動流体の第
１，第２圧力調整弁を取り付け、第１圧力調整弁にクラ
ンクケース内やバッファタンクからフィルタ又は精製器
等を介して高純度の常温作動流体を供給し、第２圧力調
整弁には高純度の作動流体を第１蓄冷器或いは第１蓄冷
器及び第１コールドヘッドで冷却して低温度にて供給
し、前記第１，第２圧力調整弁で作動流体の圧力調整に
より冷凍出力を調整するようにしたことを特徴とする複
合型パルス管式冷凍機。 - 【請求項３】 請求項１記載の複合型パルス管式冷凍機
において、第１圧縮空間と第１膨張空間、並びに第２圧
縮空間と第２膨張空間との位相角を同じ又はそれぞれ独
立の位相角に設定して第１，第２圧縮空間および第１，
第２膨張空間の容積を可変とすることにより第２コール
ドヘッドの発生温度を第１コールドヘッドよりも低い温
度で得るようにしたことを特徴とする複合型パルス管式
冷凍機。 - 【請求項４】 請求項１記載の複合型パルス管式冷凍機
において、凸型圧縮ピストン，シリンダと凸型膨張ピス
トン，シリンダをそれぞれ１組、または複数組用いて，
第１，第２圧縮空間および第１，第２膨張空間を同時に
形成するようにしたことを特徴とする複合型パルス管式
冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12884392A JPH05322339A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 複合型パルス管式冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12884392A JPH05322339A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 複合型パルス管式冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05322339A true JPH05322339A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=14994762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12884392A Pending JPH05322339A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 複合型パルス管式冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05322339A (ja) |
-
1992
- 1992-05-21 JP JP12884392A patent/JPH05322339A/ja active Pending
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